三维城市环境下射线追踪技术研究与实现

摘要

随着测绘技术的不断发展，使得城市空间信息的快速获取得以实现;同时由于虚拟现实等技术的不断深化应用，使得三维地理环境得以快速构建。目前，三维城市环境下应用最多是查询、漫游等一些常规操作，没有充分体现GIS在各行业应用中发挥的作用。因此，本文在三维场景中，开展射线追踪模型的研究工作。本文旨在研究城市海量建筑物的空间布局特征、射线追踪加速算法，以实现该模型在海量空间数据情况下的快速计算。在完成对射线追踪的研究以及算法实现后，本文将该算法应用于移动通讯领域，实现信号预测。为此，本文主要做了以下工作:
　　(1)开展三维城市数据组织方式的研究工作。研究空间数据的索引机制以及城市空间布局特征与自然、人文等因素的关系，提出基于规则格网与CELL空间索引相结合的空间数据组织方式。
　　(2)开展射线追踪加速算法研究。在有效组织城市海量数据的基础上，研究分区法、降维法、多镜像射线加速等射线追踪加速算法。比较各加速算法的优缺点，总结出射线追踪加速算法的较适方法。
　　(3)开展模型算法的实现并与传统模型进行对比分析。通过研究城市布局特征、降维、多镜像加速等方法并将其相互结合，利用编程语言实现模块功能。并将射线追踪计算结果、传统的Okumura-Hata模型、COST-231 Hata模型的计算结果分别于实测数据进行对比分析。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状和进展

1．3 研究内容与章节安排

2 射线追踪基础理论方法研究

2．1 射线追踪基本原理

2．2 射线追踪常用算法研究

2．2．1 射线追踪正向算法

2．2．2 射线追踪反向算法

2．2．3 射线追踪正、反向算法比较

2．3 本章小结

3 射线追踪加速算法研究

3．1 射线追踪加速算法研究

3．1．1 分区法

3．1．2 降维法

3．1．3 多镜像射线追踪法

3．2 基于城市布局分区、降维、加速多镜法的射线追踪技术研究

3．2．1 城市复杂环境空间布局特征研究

3．2．2 可视区测试

3．2．3 基于城市布局分区、降维、加速多镜法的射线追踪算法流程

3．3 本章小结

4 射线追踪模型开发

4．1 模型开发语言及集成环境介绍

4．2 射线追踪流程图

4．3 模块结构设计与实现

4．3．1 主要空间几何算法

4．3．2 建筑物数据结构

4．3．3 空间几何运算类

4．4 模块集成

4．5 射线追踪三维可视化表达

4．6 本章小结

5 射线追踪技术在电波传播预测中的应用

5．1 电波传播理论方法介绍

5．1．1 自由空间传播

5．1．2 反射波传播

5．1．3 绕射波传播

5．1．4 电磁波干涉综合场强计算

5．1．5 反射、绕射阶次确定

5．2 基于射线追踪技术的区域场强预测

5．2．1 信号发射端数据库建立

5．2．2 结合射线追踪技术的信号强度计算

5．3 射线追踪、Okumura-Hata、Cost231-Hata预测结果对比分析

5．3．1 测试原理

5．3．2 三种模型测试分析

5．4 射线追踪技术在城市移动多媒体信号覆盖预测中的应用

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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